RU2317447C2 - Высоконапорный многоступенчатый компрессор газотурбинного двигателя - Google Patents
Высоконапорный многоступенчатый компрессор газотурбинного двигателя Download PDFInfo
- Publication number
- RU2317447C2 RU2317447C2 RU2005126566/06A RU2005126566A RU2317447C2 RU 2317447 C2 RU2317447 C2 RU 2317447C2 RU 2005126566/06 A RU2005126566/06 A RU 2005126566/06A RU 2005126566 A RU2005126566 A RU 2005126566A RU 2317447 C2 RU2317447 C2 RU 2317447C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- compressor
- stages
- rotor
- stator
- guide vanes
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Изобретение относится к высоконапорным многоступенчатым компрессорам газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения. Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении КПД за счет регулирования радиальных зазоров между статором и ротором без использования дополнительных систем управления и исполнительных механизмов. В высоконапорном многоступенчатом компрессоре, включающем ступени компрессора с поворотными направляющими лопатками и последующие за ними ступени с фиксированными направляющими аппаратами, согласно изобретению, проточная часть n-ой ступени компрессора с фиксированными направляющими аппаратами соединена каналами с полостью обдува внутреннего корпуса последних ступеней компрессора, число которых определяют из соотношения: Z/Z1=2,0-4,0, причем n=m+(1...3), где: m - число ступеней компрессора с поворотными направляющими аппаратами; Z - общее число ступеней компрессора; Z1 - число последних ступеней компрессора с регулируемым радиальным зазором между статором и ротором. 3 ил.
Description
Изобретение относится к высоконапорным многоступенчатым компрессорам газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения.
Известен высоконапорный многоступенчатый компрессор газотурбинного двигателя с рабочими и направляющими лопатками [С.А.Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей, Москва, «Машиностроение», 1981, стр.64, рис.3.8а].
Недостатком известной конструкции является отсутствие в компрессоре поворотных направляющих аппаратов, что снижает запас газодинамической устойчивости компрессора.
Наиболее близким к заявляемому является высоконапорный многоступенчатый компрессор газотурбинного двигателя, семь первых ступеней в котором, начиная от входа, выполнены с поворотными направляющими аппаратами [Патент РФ №2235919, F04D 29/00, 2004 г.].
В известной конструкции, принятой за прототип, обеспечиваются высокие запасы газодинамической устойчивости на всех режимах работы газотурбинного двигателя благодаря наличию большого количества поворотных направляющих аппаратов.
Недостатком такого компрессора является низкий КПД из-за утечек сжимаемого воздуха по зазорам в поворотных направляющих аппаратах.
Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении КПД за счет регулирования радиальных зазоров между статором и ротором без использования дополнительных систем управления и исполнительных механизмов.
Сущность технического решения заключается в том, что в высоконапорном многоступенчатом компрессоре, включающем ступени компрессора с поворотными направляющими лопатками и последующие за ними ступени с фиксированными направляющими аппаратами, согласно изобретению, проточная часть n-ой ступени компрессора с фиксированными направляющими аппаратами соединена каналами с полостью обдува внутреннего корпуса последних ступеней компрессора, число которых определяют из соотношения: Z/Z1=2,0-4,0,
причем n=m+(1...3), где:
m - число ступеней компрессора с поворотными направляющими аппаратами;
Z - общее число ступеней компрессора;
Z1 - число последних ступеней компрессора с регулируемым радиальным зазором между статором и ротором.
В современных высокотемпературных многоступенчатых компрессорах рабочие и направляющие лопатки последних ступеней вследствие большой степени сжатия выполняются малой высоты, поэтому увеличение радиальных зазоров между статором и ротором существенно ухудшает КПД компрессора. Для повышения КПД компрессора применяется управление радиальными зазорами путем обдува холодным воздухом на основных режимах работы внутреннего корпуса компрессора, что приводит к уменьшению радиальных зазоров между статором и ротором и, следовательно, к повышению КПД.
На переходных низких режимах работы компрессора для исключения задевания ротора о статор и заклинивания ротора компрессора охлаждающий воздух отключают, для чего в каналах подачи охлаждающего воздуха предусмотрены заслонки, регулирующие расход охлаждающего воздуха. Заслонки приводятся в действие исполнительными механизмами, которые получают сигналы на срабатывание от системы управления газотурбинного двигателя. Такая система является дорогой, сложной и поэтому ненадежной.
В современных высокотемпературных многоступенчатых компрессорах, первые ступени со стороны входа в которых выполняются высоконапорными и с поворотными направляющими аппаратами, на пониженных переходных режимах для обеспечения необходимых запасов газодинамической устойчивости поворотные аппараты «прикрываются», что приводит к появлению нерасчетных углов атаки потоков воздуха на рабочие лопатки и работе первых ступеней компрессора в турбинном режиме, т.е. со снижением давления воздуха на выходе из этих ступеней по сравнению с давлением воздуха на входе в компрессор, например, с атмосферным давлением.
На последующих ступенях компрессора с фиксированными направляющими аппаратами давление воздуха повышается, достигая давления на входе в компрессор с дальнейшим постоянным ростом.
С переходом на основные режимы работы компрессора поворотные аппараты «раскрываются», и первые ступени компрессора начинают работать в компрессорном режиме, сжимая воздух.
Такая особенность высоконапорного многоступенчатого компрессора позволяет выполнить обдув внутреннего корпуса компрессора, последних его ступеней, холодным воздухом для регулирования радиальных зазоров между статором и ротором без регулирующих заслонок, исполнительных механизмов и системы управления, соединив каналами проточную часть одной из ступеней компрессора с фиксированным направляющими аппаратами, в которой давление воздуха на переходных режимах равно давлению воздуха на входе в компрессор (например, равно атмосферному), с полостью обдува внутреннего корпуса последних ступеней компрессора.
В этом случае на переходных режимах работы компрессора вследствие работы первых ступеней с поворотными направляющими аппаратами в газотурбинном режиме охлаждающий воздух в полость обдува внутреннего корпуса компрессора не поступает, и зазоры между статором и ротором максимальны. При переходе на основные режимы работы после открытия поворотных направляющих аппаратов давление воздуха за ними возрастает, охлаждающий воздух начинает поступать в систему обдува внутреннего корпуса, что приводит к уменьшению радиальных зазоров между ротором и статором по последним ступеням и повышению КПД компрессора.
Номер n-ной от входа ступени компрессора, откуда осуществляется отбор охлаждающего воздуха, выбран с учетом того, чтобы на низких режимах работы компрессора (на малом газе) не происходило обратного течения охлаждающего воздуха, вызывающего помпаж компрессора.
При n<(m+1) давление воздуха в проточной части в месте его отбора будет ниже давления воздуха в системе обдува, что может привести к течению воздуха из системы обдува в проточную часть компрессора, развитию срывных течений на лопатках и помпажу компрессора. При n>(m+3) возрастает давление и температура отбираемого на охлаждение воздуха на основных режимах работы компрессора, что ухудшает КПД компрессора.
В случае, когда Z/Z1<2,0, излишне снижается разница температур (температурный напор) между охлаждающим воздухом и температурой внутреннего корпуса, что снижает эффективность системы регулирования радиальных зазоров и КПД компрессора, а при Z/Z1>4 снижается количество ступеней компрессора с регулированием радиальных зазоров между ротором и статором, что также снижает КПД компрессора.
На фиг.1 представлен продольный разрез высоконапорного многоступенчатого компрессора газотурбинного двигателя заявляемой конструкции. На фиг.2 показан элемент I на фиг.1 в увеличенном виде, на фиг.3 - элемент II на фиг.1 в увеличенном виде.
Высоконапорный многоступенчатый компрессор 1 газотурбинного двигателя состоит из ротора 2, установленного на переднем 3 радиальном и заднем 4 радиально-упорном подшипниках, а также из статора 5, в переднем корпусе 6 которого со стороны входа 7 в компрессор 1 установлены входной поворотный направляющий аппарат 8 и поворотные направляющие аппараты первой и второй ступеней 9 и 10 соответственно. Направляющий аппарат 11 третьей ступени, а также направляющие аппараты последующих ступеней выполнены фиксированными, причем направляющие аппараты 12 последних ступеней 13 компрессора 1 установлены во внутреннем корпусе 14, отделенном от наружного корпуса 15 перфорированным дефлектором 16 и образующим с наружным корпусом 15 кольцевую замкнутую полость 17 обдува охлаждающим воздухом 18.
Для исключения термических напряжений внутренний 14 и наружный 15 корпусы соединены между собой передним и задним упругими элементами 19 и 20. Для сброса отработанного охлаждающего воздуха 18 в атмосферу 21 в наружном корпусе 15 выполнены отверстия 22.
Охлаждающий воздух 18 поступает в полость 17 по каналам 23 из полости отбора воздуха 24, соединенную отверстиями 25 в фиксированном спрямляющем аппарате 26 четвертой ступени с проточной частью 27 аппарата 26.
Так как при сжатии воздуха его температура повышается, для обеспечения необходимых запасов прочности диски 28 последних ступеней компрессора 1 выполняются с увеличенной толщиной.
Работает данное устройство следующим образом.
При работе высоконапорного многоступенчатого компрессора 1 на основных режимах охлаждающий воздух 18 из проточной части 27 направляющего аппарата 26 с фиксированными лопатками через отверстия 25 и полость отбора 24 по каналам 23 поступает в полость обдува 17, откуда через перфорированный дефлектор 16 струями натекает на внутренний корпус 14, соединенный с наружным корпусом 15 упругими элементами 19 и 20. За счет снижения температуры и температурной деформации корпуса 14 радиальные зазоры между статором 5 и ротором 2 по последним ступеням 13 компрессора 1 уменьшаются. Отработанный охлаждающий воздух 18 через отверстия 22 в наружном корпусе 15 сбрасывается в атмосферу 21.
При снижении режимов работы двигателя тонкостенный внутренний корпус 14 охлаждается быстрее массивных утолщенных дисков 28 последних ступеней, что могло бы привести к уменьшению радиальных зазоров между ротором 2 и статором 5 до нуля и заклиниванию ротора. Однако этого не происходит, так как для обеспечения необходимых запасов газодинамической устойчивости поворотные направляющие аппараты 8, 9 и 10 на входе 7 в компрессор 1 прикрываются, что приводит к падению давления воздуха 18 в полости отбора 24, снижению интенсивности охлаждения внутреннего корпуса 14 и увеличению радиальных зазоров между статором 5 и ротором 2 по последним ступеням 13 компрессора 1.
Таким образом осуществляется авторегулирование радиальных зазоров между статором 5 и ротором 2 последних ступеней компрессора без применения исполнительных механизмов и системы управления.
Номер n-ой от входа ступени компрессора, откуда осуществляется отбор охлаждающего воздуха, выбран с учетом того, чтобы на низких режимах работы компрессора 1, например на малом газе, не происходило обратного течения охлаждающего воздуха 18, т.е. через отверстия 22 и каналы 23, в проточную часть 27 спрямляющего аппарата 26, что может вызвать помпаж компрессора 1.
Одновременно, для осуществления эффективного регулирования, должен сохраняться достаточный температурный напор между отбираемым охлаждающим воздухом и температурой внутреннего корпуса 14.
Claims (1)
- Высоконапорный многоступенчатый компрессор газотурбинного двигателя, включающий ступени компрессора с поворотными направляющими лопатками и последующие за ними ступени с фиксированными направляющими аппаратами, отличающийся тем, что проточная часть n-й ступени компрессора с фиксированными направляющими аппаратами соединена каналами с полостью обдува внутреннего корпуса последних ступеней компрессора, число которых определяют из соотношения Z/Z1=2,0-4,0, причем n=m+(1...3), гдеm - число ступеней компрессора с поворотными направляющими аппаратами;Z - общее число ступеней компрессора;Z1 - число последних ступеней компрессора с регулируемым радиальным зазором между статором и ротором.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005126566/06A RU2317447C2 (ru) | 2005-08-22 | 2005-08-22 | Высоконапорный многоступенчатый компрессор газотурбинного двигателя |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005126566/06A RU2317447C2 (ru) | 2005-08-22 | 2005-08-22 | Высоконапорный многоступенчатый компрессор газотурбинного двигателя |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2005126566A RU2005126566A (ru) | 2007-02-27 |
RU2317447C2 true RU2317447C2 (ru) | 2008-02-20 |
Family
ID=37990424
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005126566/06A RU2317447C2 (ru) | 2005-08-22 | 2005-08-22 | Высоконапорный многоступенчатый компрессор газотурбинного двигателя |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2317447C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2734668C1 (ru) * | 2019-09-05 | 2020-10-21 | Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") | Высоконапорный компрессор газотурбинного двигателя |
-
2005
- 2005-08-22 RU RU2005126566/06A patent/RU2317447C2/ru active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2734668C1 (ru) * | 2019-09-05 | 2020-10-21 | Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") | Высоконапорный компрессор газотурбинного двигателя |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2005126566A (ru) | 2007-02-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11041436B2 (en) | Process for retrofitting an industrial gas turbine engine for increased power and efficiency | |
JP5514354B2 (ja) | 流量調節ファンを備えたタービンエンジンとその動作方法 | |
JP5028083B2 (ja) | 小型のブースタ抽気式ターボファンエンジン | |
RU2550371C2 (ru) | Способ эксплуатации газовой турбины, система охлаждения газовой турбины и газовая турбина, содержащая такую систему | |
RU2446303C2 (ru) | Турбомашина двухконтурной конструкции с косвенным изменением сечения горловины для выпуска газов и способ такого изменения | |
US6250061B1 (en) | Compressor system and methods for reducing cooling airflow | |
RU2453710C2 (ru) | Газотурбинный двигатель, а также способ охлаждения сопловых лопаток | |
EP3228836A1 (en) | Conditioned low pressure compressor compartment for gas turbine engine | |
US8714906B2 (en) | Method and apparatus for gas turbine engine temperature management | |
CN107120146B (zh) | 主动hpc间隙控制 | |
JP5202597B2 (ja) | 軸流圧縮機,軸流圧縮機を備えたガスタービンシステム及び軸流圧縮機の改造方法 | |
US10323571B2 (en) | Method and system for inlet guide vane heating | |
EP2208862A2 (en) | Compressor clearance control system using turbine exhaust | |
JPS60543B2 (ja) | ガスタ−ビンエンジンの多段軸流圧縮機の制御系統 | |
US20170298742A1 (en) | Turbine engine airfoil bleed pumping | |
RU2324063C1 (ru) | Газотурбинный двигатель | |
RU2317447C2 (ru) | Высоконапорный многоступенчатый компрессор газотурбинного двигателя | |
US10858996B2 (en) | Gas turbine startup method and device | |
RU2305789C2 (ru) | Газотурбинная установка | |
CN114483304B (zh) | 一种新型变循环涡轴发动机结构 | |
RU2396452C1 (ru) | Газотурбинная установка | |
RU2235908C2 (ru) | Компрессор газотурбинного двигателя | |
RU2396451C1 (ru) | Газотурбинная установка | |
RU2243418C2 (ru) | Осевой многоступенчатый компрессор газотурбинного двигателя | |
RU2549398C1 (ru) | Двухконтурный двигатель |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Effective date: 20101007 |
|
QZ41 | Official registration of changes to a registered agreement (patent) |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20101007 Effective date: 20110826 |
|
PD4A | Correction of name of patent owner |